張馨瑞,羅依婷,朱方圓,葉 露,倪思憶,劉英超,沈 雁

張馨瑞,羅依婷,朱方圓,葉露,浙江中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院 浙江省杭州市 310000

倪思憶,劉英超,沈雁,浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科 浙江省杭州市 310000

0 引言

結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)是常見的消化道惡性腫瘤.根據(jù)WTO國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)最新發(fā)布的流行病統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(GLOBOCAN2020),CRC的發(fā)病率(10.0%)和死亡率(9.4%)分別位居全球惡性腫瘤的第3位和第2位[1].近年來,CRC發(fā)病呈年輕化趨勢(shì),預(yù)計(jì)到2030年將有約11%的結(jié)腸癌和23%的直腸癌逐漸擴(kuò)展到50歲以下成年人中[2].由于傳統(tǒng)放化療的毒副作用及耐藥性等問題,CRC患者的生存預(yù)后并不理想.因此,CRC的防治仍是世界公共衛(wèi)生的重要課題之一.

鐵死亡是一種新型細(xì)胞死亡方式,研究證實(shí)鐵死亡與多種疾病如神經(jīng)退行性變、心腦血管疾病、免疫系統(tǒng)疾病、炎癥性疾病和缺血/再灌注損傷等的預(yù)后密切相關(guān),其在包括CRC在內(nèi)的惡性腫瘤防治方面所扮演的角色和具體機(jī)制備受關(guān)注[3-6].本文總結(jié)了鐵死亡的發(fā)生機(jī)制和三大效應(yīng)途徑,在此基礎(chǔ)上初步探討鐵死亡在CRC發(fā)生發(fā)展中的作用和臨床應(yīng)用.

1 鐵死亡概述

鐵死亡是一類鐵離子依賴的、活性氧(reactive oxygen species,ROS)積累驅(qū)動(dòng)的、由非酶反應(yīng)(Fenton反應(yīng))和酶機(jī)制介導(dǎo)的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡(regulated cell death,RCD)方式[7,8].細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物(lipide peroxide,LPO)蓄積并破壞生物膜結(jié)構(gòu)功能穩(wěn)定性所導(dǎo)致的細(xì)胞死亡是鐵死亡的實(shí)質(zhì).

2003年,Dolma等[9]在探索腫瘤治療藥物的篩選試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種新型小分子化合物Erastin,能特異性誘導(dǎo)Ras基因突變的人包皮成纖維細(xì)胞死亡.隨后,一系列Ras選擇性致死化合物(ras selective lethal compound,RSL)相繼被發(fā)現(xiàn)并被證實(shí)能以Erastin相同方式誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡[10].不同于其他RCD,這類特殊的死亡方式不依賴于caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng),但依賴于鐵離子水平,不能被壞死、凋亡、焦亡、自噬等抑制劑逆轉(zhuǎn),卻能被抗氧化劑維生素E或鐵螯合劑去鐵胺(deferoxamine,DFO)逆轉(zhuǎn)[10].2012年,Dixon等[7]正式將這類具有鐵依賴性和氧化性,并呈現(xiàn)獨(dú)特的遺傳學(xué)、形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征的細(xì)胞死亡方式命名為鐵死亡.

細(xì)胞鐵死亡的標(biāo)志性形態(tài)表現(xiàn)主要包括: 細(xì)胞膜斷裂、出泡;線粒體皺縮、體積減少,雙層膜密度增加,內(nèi)嵴模糊不清、減少或消失;核膜完整、胞核大小正常、無DNA片段化[11,12];線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中可見大量鐵離子分布[7].生化表現(xiàn)方面,可見二價(jià)鐵離子(Fe2+)濃度升高、ROS和LPO大量蓄積、胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體(cystine/glutamate antiporter,System Xc-)功能受抑、谷胱甘肽合成障礙、谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)活性下降以及腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化水平提高等[12,14].

2 鐵死亡效應(yīng)途徑

現(xiàn)有研究表明,多種代謝途徑和機(jī)制參與了鐵死亡的啟動(dòng)和推進(jìn),其中最為核心的是鐵代謝途徑、脂質(zhì)代謝途徑和氨基酸代謝途徑(見圖1).各種途徑的多個(gè)功能分子相互影響,共同決定了鐵死亡的發(fā)生與否和效應(yīng)水平.

圖1 鐵死亡發(fā)生發(fā)展由鐵代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝三大效應(yīng)途徑共同調(diào)節(jié). 細(xì)胞外Fe3+與TF結(jié)合后被運(yùn)輸至細(xì)胞膜,并與膜上TFR結(jié)合成復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)并釋放,隨后,Fe3+在STEAP3的作用下被還原成Fe2+,再經(jīng)SLC11A2/DMT1介導(dǎo),進(jìn)入不穩(wěn)定鐵池并啟動(dòng)鐵死亡關(guān)鍵環(huán)節(jié)-Fenton反應(yīng)(Fe2+與H2O2相互作用并形成Fe3+和大量ROS).當(dāng)Fe2+過量時(shí),Fpn可將富余的Fe2+氧化成Fe3+后泵出細(xì)胞,或存儲(chǔ)于Ferritin中.PUFAs在ACSL4和LPCAT3共同作用下與細(xì)胞膜上的PE結(jié)合形成PUFA-PE,引起膜結(jié)構(gòu)不飽和度增加.經(jīng)Fenton反應(yīng)輸出的過量ROS在LOXs與Fe2+的輔助作用下,將細(xì)胞膜上的PUFA-PE過氧化為PUFA-PE-OOH,即LPO,執(zhí)行鐵死亡過程的最終效應(yīng)功能,即細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化.而過氧化物GPX4可阻礙這一進(jìn)程.System Xc-由向膜外轉(zhuǎn)運(yùn)胱氨酸的SLC7A11和向膜內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)胱氨酸的SLC3A2組成.生理情況下,System Xc-以1:1的比例外排谷氨酸同時(shí)攝取胱氨酸,為GSH的生物合成提供原料.一方面,GPX4可催化GSH由還原型轉(zhuǎn)化為氧化型GSSG,減少ROS的生成,另一方面GPX4可將有毒的LPO還原成無毒性的脂質(zhì)醇,達(dá)到抑制鐵死亡目的.TF: 轉(zhuǎn)鐵蛋白;TFR: 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體;STEAP3:前列腺跨膜上皮3抗原抗體;Fpn: 膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白;FTL: 鐵蛋白輕鏈;FTH1: 鐵蛋白重鏈1;Ferritin: 鐵蛋白;SLC11A2: 溶質(zhì)載體家族11成員2;DMT1: 二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體;PUFAs: 多不飽和脂肪酸;ACSL4: ?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4;LPCAT3: 溶血卵磷脂?；D(zhuǎn)移酶3;PE: 磷脂酰乙醇胺;PUFA-CoA多不飽和脂肪酸-酰基輔酶A;PUFA-PE: 多不飽和脂肪酸磷脂復(fù)合物;ROS: 氧化物;LOXs: 脂氧合酶;LPO: 脂質(zhì)過氧化物;Glutamate: 谷氨酸;Cystine: 胱氨酸;System Xc-: 胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體;SLC7A11: 輕鏈溶質(zhì)載體家族7成員11;SLC3A2: 重鏈溶質(zhì)載體家族3成員2;Cysteine: 半胱氨酸;Glycine: 甘氨酸;GSH: 谷胱甘肽;GSSG: 氧化型谷胱甘肽;NADPH: 還原型輔酶Ⅱ;NADP+: 煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸;還原型輔酶Ⅱ的氧化形式;GPX4: 過氧化物酶4;Nrf2: 轉(zhuǎn)錄因子;Erastin: 鐵死亡誘導(dǎo)劑;SSZ: 柳氮磺胺吡啶;IMCA: 苯并吡喃衍生物;RSLs: 選擇性致死性小分子.

2.1 鐵代謝紊亂與Fenton反應(yīng) 鐵是人體中含量最豐富的必需微量元素.約3/4的鐵作為“功能性鐵”分布于外周循環(huán)中,參與循環(huán)中氧的運(yùn)輸、細(xì)胞內(nèi)DNA、ATP的合成氧化等重要生理過程;約1/4的鐵作為“貯存鐵”,以鐵蛋白、含鐵血黃素等形式貯存于肝、脾與骨髓[3].循環(huán)中的三價(jià)鐵離子(Fe3+)與轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin,TF)結(jié)合后被運(yùn)輸至細(xì)胞膜,與膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TFRC/TFR1/CD71)結(jié)合成復(fù)合物后被轉(zhuǎn)運(yùn)入胞內(nèi)的內(nèi)涵體.隨后,在氧化鐵還原酶前列腺六跨膜上皮抗原(sixtransmembrane epithelial antigen of prostate3,STEAP3)的催化下,Fe3+被還原成Fe2+,再經(jīng)溶質(zhì)載體家族11成員2/二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體1(solute carrier family 7member 11,SLC11A2/divalent metal transporter-1,DMT1)的介導(dǎo),Fe2+從內(nèi)涵體解體并釋放入胞質(zhì)的不穩(wěn)定鐵池中[15,16].Fe2+過量時(shí),或存儲(chǔ)于鐵蛋白輕鏈多肽和鐵蛋白重鏈多肽1(ferritin heavy chain polypeptide1,FTH1)組成的儲(chǔ)鐵蛋白復(fù)合物Ferritin中,或被膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1氧化成Fe3+后泵出細(xì)胞,參與外周鐵的再循環(huán).

Fenton反應(yīng)是鐵死亡的啟動(dòng)環(huán)節(jié).其核心過程即Fe2+與過氧化氫相互作用后在形成Fe3+和大量ROS[17].低濃度ROS是細(xì)胞存活和增殖不可或缺的成分;而高濃度ROS則可通過氧化蛋白質(zhì)、DNA及生物膜結(jié)構(gòu)上的各種脂類,改變膜結(jié)構(gòu)和功能活性,引發(fā)細(xì)胞死亡[18,19].在上述鐵代謝過程中,任一效應(yīng)蛋白的功能異常都將破壞胞內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài),引起不同程度的鐵超載和ROS蓄積.研究發(fā)現(xiàn),使用DFO、環(huán)吡酮等鐵螯合劑,或敲除TFRC基因,或上調(diào)胞質(zhì)中Ferritin水平等手段,均可抑制細(xì)胞內(nèi)鐵超載以降低鐵死亡水平[15,16],而Ferritin選擇性自噬降解則能釋放儲(chǔ)存鐵、促進(jìn)細(xì)胞鐵死亡[20,21],此外,敲除溶質(zhì)載體家族11成員3基因阻礙鐵轉(zhuǎn)運(yùn)亦會(huì)加劇Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡[22].綜上可知,鐵代謝紊亂可通過調(diào)控Fenton反應(yīng),誘導(dǎo)或抑制細(xì)胞發(fā)生鐵死亡.

2.2 脂質(zhì)代謝異常與脂質(zhì)過氧化 脂質(zhì)是細(xì)胞膜磷脂的主要成分,脂質(zhì)代謝在維持細(xì)胞膜穩(wěn)態(tài)中具有重要意義.?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4)和溶血磷脂酰膽堿酰轉(zhuǎn)移酶3(recombinant lysophosphatidylcholine acyltransferase 3,LPCAT3)是膜磷脂合成的限速酶,二者共同影響多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)的酯化重構(gòu)[13].生理情況下,PUFAs首先被ACSL4催化為PUFA-CoA,隨后在LPCAT3的介導(dǎo)下酯化并結(jié)合至細(xì)胞膜的磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamines,PE)上形成PUFA-PE,引起膜結(jié)構(gòu)不飽和度增加.PUFA-PE是誘導(dǎo)鐵死亡的關(guān)鍵底物,其水平高低對(duì)細(xì)胞的鐵死亡敏感性具有重要影響[23].

脂質(zhì)過氧化是鐵死亡的中心環(huán)節(jié).細(xì)胞經(jīng)Fenton反應(yīng)輸出過量ROS,后者可在Fe2+輔助、脂氧合酶(lipoxygenase,LOXs)催化下,將細(xì)胞膜上的PUFA-PE過氧化為PUFA-PE-OOH,即LPO[17,24].LPO作為鐵死亡的核心介質(zhì),主要以三種方式破壞生物膜: (1)促進(jìn)膜磷脂轉(zhuǎn)向,通過其氧化的脂肪酸與親水頭部的結(jié)合,減少膜厚度;(2)改變脂類間的相互作用和細(xì)胞膜的理化性質(zhì);(3)代謝產(chǎn)物4-羥基壬烯醛和丙二醛可使細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)和核酸發(fā)生異常共價(jià)修飾,DNA斷裂,分子結(jié)構(gòu)改變[23,25-28].通過以上機(jī)制,細(xì)胞膜、線粒體及溶酶體等細(xì)胞器膜變薄、曲率增加,液態(tài)性、流動(dòng)性降低,膜通透性升高,Na+和Ca2+內(nèi)流增加,引起細(xì)胞水腫及鈣超載,進(jìn)一步引起膜穿孔解體及細(xì)胞內(nèi)容物釋放,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡.此外,LPO尚可激活磷脂酶分解膜磷脂催化花生四烯酸代謝反應(yīng),生成前列腺素、血栓素A等多種生物活性物質(zhì),促進(jìn)再灌注損傷;線粒體膜上的LPO可抑制線粒體功能,減少ATP生成,加重細(xì)胞能量代謝障礙[29-31].研究發(fā)現(xiàn),與單不飽和脂肪酸相比,含有更多不飽和鍵的PUFA更易受到ROS攻擊、產(chǎn)生LPO[22].PUFA的豐度和定位決定了細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化程度和鐵死亡水平[4].

2.3 氨基酸代謝失調(diào)與System Xc-/GSH/GPX4軸失能谷胱甘肽(glutathione,r-glutamyl cysteingl +glycine,GSH)是機(jī)體抗氧化體系的重要組分之一,包括還原型和氧化型兩種形式,在減輕氧化應(yīng)激、脂質(zhì)過氧化損傷和保護(hù)組織細(xì)胞等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用[32-34].作為GSH合成關(guān)鍵蛋白的System Xc-,其本質(zhì)上是一種廣泛分布于細(xì)胞膜磷脂雙分子層中的Na+依賴性氨基酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體,由輕鏈溶質(zhì)載體家族7成員11(solute carrier family 7,member 11,SLC7A11)和重鏈溶質(zhì)載體家族3成員2(solute carrier family 3,member 2,SLC3A2)經(jīng)共價(jià)二硫鍵連接組成.其中,SLC7A11對(duì)胱氨酸和谷氨酸具有高度特異性,主要負(fù)責(zé)氨基酸的雙向轉(zhuǎn)運(yùn);而SLC3A2作為伴侶蛋白,幫助增強(qiáng)SLC7A11功能的穩(wěn)定發(fā)揮[35,36].生理情況下,System Xc-以1:1的比例外排谷氨酸同時(shí)攝取胱氨酸[37],為GSH的生物合成提供原料.GPX4是細(xì)胞內(nèi)主要的抗氧化酶.GPX4一方面可催化GSH由還原型轉(zhuǎn)化為氧化型,減少ROS的生成,另一方面可將有毒的LPO還原成無毒性的脂質(zhì)醇,從而保護(hù)生物膜的脂質(zhì)雙分子層發(fā)生過氧化損傷[38,39].

研究表明[40],沉默 SLC7A11基因表達(dá)會(huì)增加HT-1080細(xì)胞對(duì)Erastin誘導(dǎo)鐵死亡的敏感性,而過表達(dá)SLC7A11后,細(xì)胞對(duì)鐵死亡的耐受性明顯增強(qiáng).Yang等[41]研究發(fā)現(xiàn),GPX4表達(dá)減少可增加細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性,而增加GPX4表達(dá)則能有效降低鐵死亡的發(fā)生率.以上研究表明: 由System Xc-、GSH和GPX4組成的協(xié)調(diào)有序的抗氧化效應(yīng)結(jié)構(gòu)體,即System Xc-/GSH/GPX4軸是鐵死亡的主要保護(hù)體系.各種可引起System Xc-功能受抑、GSH合成障礙和/或GPX4活性下降的病理狀況均可導(dǎo)致細(xì)胞抗氧化功能受損,氧化還原平衡失調(diào),直接或間接地促使脂質(zhì)過氧化和鐵死亡發(fā)生[42].

3 鐵死亡的重要調(diào)控因素

3.1 p53-System Xc-/SLC7A11信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的正向調(diào)控作用 近來,鐵死亡已被廣泛認(rèn)為是抑癌基因p53的內(nèi)源性抗癌機(jī)制之一,其在骨肉瘤、肺癌細(xì)胞中的表現(xiàn)尤為明顯.p53主要通過抑制其下游靶點(diǎn)System Xc-/SLC7A11的活性而激活鐵死亡,p53乙酰化對(duì)該過程具有重要的調(diào)控作用[43].2015年,一篇發(fā)表在Nature上的研究報(bào)告顯示,乙?；揎椀耐蛔冃蚿53盡管喪失了細(xì)胞周期阻滯、衰老和凋亡等功能,但其能通過催化SLC7A11亞基的啟動(dòng)子區(qū)減少其表達(dá)、抑制System Xc-的功能、降低GPX4的抗氧化活性而提高細(xì)胞對(duì)鐵死亡的敏感性,突變型p53基因小鼠同野生型小鼠一樣,仍保持著一定的抑癌表觀,抑制了自發(fā)性胸腺淋巴瘤的早期發(fā)生[44].

目前,靶向System Xc-的鐵死亡誘導(dǎo)劑主要分為兩類: 一類是包括Erastin、柳氮磺胺吡啶(sulfasalazine,SSZ)、丁硫氨酸亞砜亞胺、索拉非尼、青蒿素及其衍生物[7,45-47]等為代表的直接誘導(dǎo)劑,通過直接抑制System Xc-活性,減少GSH合成,引發(fā)細(xì)胞氧化還原失衡,誘導(dǎo)鐵死亡;另一類是以苯并吡喃衍生物[48]為代表的間接誘導(dǎo)劑,通過激活A(yù)MPK/mTOR通路,誘導(dǎo) SLC7A11表達(dá)下調(diào),間接抑制System Xc-活性.

谷氨酰胺酶2(recombinant glutaminase 2,GLS2)和LOXs可能也是p53調(diào)節(jié)鐵死亡的潛在下游靶點(diǎn).上調(diào)GLS2可催化谷氨酸大量合成,胞內(nèi)高濃度的谷氨酸抑制胱氨酸入胞,從而減少谷胱甘肽合成,誘發(fā)p53依賴性鐵死亡[49,50].也有研究報(bào)道p53通過增強(qiáng)亞精胺/精胺N1-乙酰轉(zhuǎn)移酶1的活化水平而增強(qiáng)LOXs的活性,促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生脂質(zhì)過氧化和鐵死亡[51].

3.2 Nrf2-GPX4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)向調(diào)控作用 轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu),能通過調(diào)節(jié)機(jī)體抗氧化蛋白的表達(dá),有效對(duì)抗機(jī)體內(nèi)外源性氧化損傷,維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡.作為鐵死亡負(fù)性調(diào)控因子之一,Nrf2具有抑制細(xì)胞鐵攝取、限制ROS產(chǎn)生和上調(diào)SLC7A11功能[52].Nrf2調(diào)控鐵死亡的下游主要靶點(diǎn)是GPX4.研究發(fā)現(xiàn),上調(diào)Nrf2基因水平可促進(jìn)GPX4的編碼轉(zhuǎn)錄,而敲除Nrf2或GPX4基因可增強(qiáng)Erastin或索拉菲尼誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞鐵死亡[53].文獻(xiàn)報(bào)道,GPX4基因敲除小鼠[54]或細(xì)胞[55]內(nèi)超氧陰離子、羥基自由基等ROS大量增加都會(huì)加劇脂質(zhì)過氧化,進(jìn)而誘導(dǎo)高水平鐵死亡的發(fā)生;此外,胚胎小鼠可在全身敲除GPX4基因后7.5 d左右死亡[56].

目前,一系列靶向Nrf2-GPX4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程死亡誘導(dǎo)劑正被逐步開發(fā)或發(fā)現(xiàn).實(shí)驗(yàn)表明,全反式視黃酸、葫蘆巴堿、鴉膽子苦醇等Nrf2抑制劑可通過抑制金屬硫蛋白1的表達(dá),加速GSH耗竭和脂質(zhì)過氧化,從而促進(jìn)索拉非尼誘導(dǎo)的鐵死亡[57].RSLs(RSL3、RSL5)、DPIs(DPI7、DPI10、DPI12)、丙泊酚等則是針對(duì)GPX4催化活性位點(diǎn)的特異性抑制劑.有學(xué)者采用微小RNA等手段從基因?qū)用孢M(jìn)行封閉,發(fā)現(xiàn)阻斷GPX4活性可降低其對(duì)ROS、LPO毒性的保護(hù)能力,進(jìn)而促進(jìn)脂質(zhì)過氧化進(jìn)程和鐵死[44].

4 鐵死亡機(jī)制在結(jié)直腸癌進(jìn)展中的作用和臨床應(yīng)用初探

CRC是一種高度異質(zhì)性疾病,依據(jù)發(fā)生部位、遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)特征對(duì)CRC進(jìn)行分型,將有助于指導(dǎo)臨床分層和精準(zhǔn)性治療,改善患者預(yù)后.眾多分型中,2015年由國(guó)際結(jié)直腸癌分型聯(lián)盟提出的共識(shí)分子分型(consensus molecular subtype,CMS)系統(tǒng)因其明確的生物學(xué)可解釋性而最具影響力.研究發(fā)現(xiàn),鐵死亡對(duì)CRC的發(fā)生發(fā)展具有重要影響,鐵死亡在CMS不同亞型中的功能不盡相同,可為CRC臨床診療提供靶向性參考依據(jù).

4.1 CMS1(免疫型)與鐵死亡 約14%的CRC為CMS1型.該型好發(fā)于右半結(jié)腸,與腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)密切相關(guān),以免疫抑制細(xì)胞高度浸潤(rùn)、免疫調(diào)節(jié)分子高表達(dá)和免疫逃逸增強(qiáng)為主要特征.CMS1腫瘤顯示出廣泛的高甲基化狀態(tài),且涵蓋多數(shù)錯(cuò)配修復(fù)缺陷(different mismatch repair,dMMR)與高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(high microsatellite instability,MSI-H)[58].

眾多研究報(bào)道[59,60],TME中浸潤(rùn)的免疫抑制細(xì)胞類型及其數(shù)量與腫瘤的臨床預(yù)后有關(guān).免疫抑制細(xì)胞介導(dǎo)鐵死亡發(fā)生將阻遏腫瘤的發(fā)展進(jìn)程.鄭勇斌等系統(tǒng)研究了165個(gè)鐵死亡相關(guān)基因?qū)ME的調(diào)控機(jī)制及其對(duì)CRC預(yù)后的影響,發(fā)現(xiàn)鐵死亡高風(fēng)險(xiǎn)組內(nèi)免疫抑制細(xì)胞浸潤(rùn)減少,而低風(fēng)險(xiǎn)組卻存在相反的免疫景觀[61].TME中主要的抗腫瘤效應(yīng)執(zhí)行者CD8+T細(xì)胞可產(chǎn)生干擾素(IFNγ)等多種細(xì)胞毒介質(zhì),后者既能通過下調(diào)System Xc-亞基SLC3A2和SLC7A11的表達(dá)、促進(jìn)ACSL4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而促進(jìn)鐵死亡,增加腫瘤細(xì)胞的放療敏感性,又可通過釋放損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)進(jìn)一步激活免疫系統(tǒng),加重CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)[60-62].

除免疫異常外,炎癥反應(yīng)是構(gòu)成TME的另一大核心要素.慢性炎癥病灶中的ROS、RNS等氧化應(yīng)激因子以及各種促炎、促腫瘤分子,促進(jìn)了TME形成以及“炎-癌”轉(zhuǎn)化.潰瘍性結(jié)腸炎是公認(rèn)的CRC主要癌前病變之一,其發(fā)生發(fā)展已被闡明與鐵死亡機(jī)制介導(dǎo)的慢性炎癥密切相關(guān)[63,64].Chen等[65]通過動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn),多種鐵死亡抑制劑如鐵他汀-1、利蒲他汀-1和Deferprone均能夠有效改善結(jié)腸炎小鼠的癥狀、減輕結(jié)腸大體形態(tài)學(xué)和組織學(xué)炎癥,而這種保護(hù)作用是通過阻斷Nrf2/HO-1信號(hào)通路,進(jìn)而調(diào)節(jié)COX2、ACSL4、GPX4、FTH1等鐵死亡效應(yīng)蛋白表達(dá)、降低結(jié)腸黏膜氧化應(yīng)激水平而實(shí)現(xiàn)的.

盡管鐵死亡在TME中的具體作用機(jī)制仍待進(jìn)一步明確,但現(xiàn)有研究結(jié)果已表明,鐵死亡對(duì)CMS1型CRC發(fā)揮雙重作用: 一方面,異常激活的免疫反應(yīng)推動(dòng)腫瘤細(xì)胞鐵死亡而發(fā)揮抗癌效應(yīng);另一方面,正常組織細(xì)胞鐵死亡引起的炎癥損傷又使得免疫反應(yīng)過度激活,大大促進(jìn)了細(xì)胞“炎-癌”轉(zhuǎn)化,發(fā)揮促癌效應(yīng).

4.2 CMS2(經(jīng)典型)與鐵死亡 約37%的CRC為CMS2型.該型好發(fā)于左半結(jié)腸,以上皮細(xì)胞功能缺陷為特征,其發(fā)生多遵循Fearon[66]經(jīng)典的多步驟理論.與其他亞型相比,CMS2型主要由染色體不穩(wěn)定途徑介導(dǎo),包括DNA 甲基化、抑癌基因(APC、P53等)突變等.

在CMS2型CRC中,APC基因突變率最高.高頻突變的APC基因通過Wnt-β-catenin信號(hào)途徑調(diào)控鐵死亡,從而參與CMS2型腫瘤的發(fā)展進(jìn)程[58].正常情況下,β-catenin通過結(jié)合以APC復(fù)合物為組分的構(gòu)架蛋白軸蛋白Axin而發(fā)生泛素化降解,APC基因突變導(dǎo)致β-catenin與Axin的結(jié)合序列缺失、降解減少,胞質(zhì)內(nèi)游離β-catenin過量累積入核進(jìn)而結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF,促進(jìn)靶基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[67].Wang[68]等研究揭示: Wnt-β-catenin信號(hào)途徑下游靶基因可結(jié)合并誘導(dǎo)GPX4啟動(dòng)子的表達(dá),從而抑制鐵死亡.Luo等[69]研究發(fā)現(xiàn),Wnt抑制劑C59通過增加胞內(nèi)Fe2+、LPO及線粒體超氧化物而誘導(dǎo)CRC細(xì)胞鐵死亡,而Wnt激動(dòng)劑BML-284則可逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象.上述結(jié)果表明,APC基因介導(dǎo)的Wnt-β-catenin信號(hào)途徑異常激活可抑制細(xì)胞鐵死亡,促進(jìn)CRC癌變進(jìn)程.

P53基因突變率僅次于APC.P53主要通過兩種不同方式誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡.一種是轉(zhuǎn)錄依賴性方式,即抑制SLC7A11的轉(zhuǎn)錄激活.研究發(fā)現(xiàn),誘導(dǎo)P53基因R273H和R175H位點(diǎn)突變后,其下游靶點(diǎn)System Xc-/SLC7A11活性下調(diào),促進(jìn)腫瘤細(xì)胞鐵死亡[44,70].研究發(fā)現(xiàn),P53基因的雜合性缺失上調(diào)了二肽基-肽酶-4(dipeptidyl peptidase-4,DPP4)活性,促進(jìn)了后者介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化和鐵死亡.另一種是非轉(zhuǎn)錄依賴性方式.即干擾P53與DPP4的結(jié)合并抑制其活性[71,72].研究發(fā)現(xiàn),P53基因的雜合性缺失上調(diào)了DPP4活性,促進(jìn)了后者介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化和鐵死亡.

4.3 CMS3(代謝型)與鐵死亡 約13%的CRC為CMS3型.該型左右半結(jié)腸發(fā)生率無顯著差別,以顯著的代謝異常和KRAS等基因高頻突變?yōu)樘卣?細(xì)胞代謝重編程是腫瘤的重要標(biāo)志,有助于腫瘤的進(jìn)展轉(zhuǎn)移[73].一系列研究表明,鐵死亡通過影響物質(zhì)能量代謝影響CMS3型CRC,而在傳統(tǒng)放化療基礎(chǔ)上聯(lián)用鐵死亡誘導(dǎo)策略,可實(shí)現(xiàn)協(xié)同增效的有益結(jié)果[69,74,75].牛爽等[76]通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Erastin聯(lián)合順鉑方案可介導(dǎo)氨基酸代謝,通過增加耐順鉑人結(jié)腸腺癌細(xì)胞株LOVO/DDP中的ROS水平,使細(xì)胞活力顯著下降,而該效應(yīng)可被鐵死亡抑制劑逆轉(zhuǎn).同樣地,放療可提高腫瘤細(xì)胞內(nèi)ROS水平和脂質(zhì)過氧化水平,在一定限度內(nèi)誘導(dǎo)鐵死亡.Lang等[77]在人纖維肉瘤移植小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),將包括Erastin、RSL3、SSZ等的鐵死亡誘導(dǎo)劑與放療聯(lián)合運(yùn)用,可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)、氨基酸代謝,提高鐵死亡水平,小鼠對(duì)放療的敏感性較單獨(dú)放療明顯增強(qiáng).

KRAS基因作為腫瘤進(jìn)展的“門控基因”,可調(diào)控腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和血管生成.CMS3型中頻發(fā)突變的KRAS基因誘導(dǎo)細(xì)胞各類代謝重編程,包括氨基酸代謝、糖代謝、脂肪代謝等,并通過System Xc-GSH-GPX4途徑抑制鐵死亡[78].眾多臨床數(shù)據(jù)表明,KRAS突變對(duì)靶向治療似乎并不敏感,尤其是表皮生長(zhǎng)因子受體抑制劑.或許靶向物質(zhì)能量代謝等鐵死亡相關(guān)環(huán)節(jié),可改善KRAS耐藥性難題,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化CRC綜合治療.

4.4 CMS4(上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化型)與鐵死亡 約23%CRC為CMS4型.該型左半結(jié)腸較右半多發(fā),易發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,以轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號(hào)通路異常激活、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelialmesenchymal transition,EMT)上調(diào)、血管生成、間質(zhì)浸潤(rùn)等為主要特征.其中,TGF-β可通過依賴(促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞特性蛋白表達(dá))或非依賴(減少鈣粘蛋白表達(dá))Smad方式誘導(dǎo)EMT發(fā)生[79];而EMT是CRC發(fā)生、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素[80].以EMT為特征的CMS4型CRC極易發(fā)生鐵死亡,且對(duì)鐵死亡誘導(dǎo)劑反應(yīng)更敏感.Sun等[81]的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),TGF-β誘導(dǎo)EMT過程中可出現(xiàn)System Xc-受抑、GSH耗竭和氧化應(yīng)激增加等鐵死亡特征表現(xiàn),而該過程可被鐵死亡抑制劑(ferrostatin-1,Fer-1)抑制.Chen等[82]研究發(fā)現(xiàn),源自中藥姜黃的生物活性化合物β-欖香烯和西妥昔單抗聯(lián)合應(yīng)用,可通過誘導(dǎo)鐵死亡和調(diào)節(jié)EMT等機(jī)制抑制KRAS突變型CRC的生長(zhǎng)和淋巴轉(zhuǎn)移,發(fā)揮協(xié)同抗癌效應(yīng).上述研究表明,靶向抑制TGF-β信號(hào)通路或許可從源頭抑制CRC轉(zhuǎn)移灶形成,提高CMS4型腫瘤預(yù)后.

鐵死亡各效應(yīng)途徑中的信號(hào)分子和/或調(diào)控因子或可作為該病的潛在治療靶點(diǎn),誘導(dǎo)鐵死亡并加速CRC細(xì)胞死亡可能是潛在有效的抗癌策略.

5 結(jié)論

作為一種全新的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡方式,鐵死亡已受到廣泛關(guān)注并吸引著眾多學(xué)科開展廣泛研究.現(xiàn)已闡明,鐵死亡的發(fā)生主要由鐵代謝、脂質(zhì)代謝及氨基酸代謝三大效應(yīng)途徑推進(jìn),并受Nrf2、GPX4、P53、SystemXc-、SLC7A11等諸多因子調(diào)控.基于腫瘤細(xì)胞逃避凋亡等傳統(tǒng)程序性死亡的行為特性,鐵死亡的發(fā)現(xiàn)為腫瘤的綜合防治拓展了廣闊的研究方向和前景,厘清鐵死亡機(jī)制內(nèi)部的交互關(guān)系并探尋靶向性藥物實(shí)施調(diào)控是從臨床角度出發(fā)對(duì)基礎(chǔ)研究提出的新挑戰(zhàn).當(dāng)聚焦于CRC時(shí),現(xiàn)有研究證據(jù)也使我們認(rèn)識(shí)到: 針對(duì)CMS各個(gè)亞型中的不同靶點(diǎn).鐵死亡在CRC進(jìn)程中所扮演的角色亦不同,探索靶向鐵死亡的療法對(duì)CRC分型治療具有指導(dǎo)意義: 當(dāng)其充當(dāng)促癌推手時(shí),我們需設(shè)法減緩或停滯正常細(xì)胞的鐵死亡;而當(dāng)其作為抗癌衛(wèi)士時(shí),則要激活并提高腫瘤細(xì)胞的鐵死亡水平.然而,然而,在一個(gè)復(fù)雜的機(jī)體內(nèi)環(huán)境中,鐵死亡與其他細(xì)胞病理生理機(jī)制間存在怎樣的相互影響？鐵死亡靶向療法對(duì)CRC的特異性如何？怎樣在該類患者的臨床前研究和臨床試驗(yàn)中控制鐵死亡靶向療法的潛在不良反應(yīng)？答案仍未可知,需要帶著上述問題開展更多更深入的研究,為進(jìn)一步開發(fā)精準(zhǔn)安全的靶向抗癌藥物提供支撐依據(jù).